微軟專利介紹用于AR/VR頭顯的無(wú)線充電方法和系統(tǒng)

　　感應(yīng)充電/無(wú)線充電使用無(wú)線充電線圈，并且是給移動(dòng)設(shè)備充電的理想方式。盡管移動(dòng)設(shè)備的設(shè)計(jì)不斷趨向于更細(xì)、更小的形狀參數(shù)，但無(wú)線充電速度隨著線圈直徑的增加而降低。盡管直徑較大的線圈提供更有效的充電，但一些設(shè)備的形狀參數(shù)缺乏足夠的表面積來(lái)嵌入較大的充電線圈。眼鏡形態(tài)的設(shè)備是一個(gè)獨(dú)特的挑戰(zhàn)。盡管AR/VR頭顯越來(lái)越流行，但大多數(shù)設(shè)備體積龐大且不舒適，因?yàn)殡姵亟M設(shè)計(jì)為放在用戶頭部的側(cè)面或背面。

　　在名為“Wireless charging for optical device”的專利申請(qǐng)中，微軟介紹了一種用于頭顯的無(wú)線充電方法和系統(tǒng)。

　　根據(jù)一種實(shí)施方式，專利描述的AR/VR設(shè)備包括嵌入在VR/AR設(shè)備框架內(nèi)或附接到框架的充電線圈。充電線圈被彎曲以形成一個(gè)或多個(gè)通常環(huán)繞VR/AR設(shè)備的目鏡(透鏡)的環(huán)。在各種實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)環(huán)可包圍：設(shè)計(jì)用于向單眼提供視線的單目鏡中的任何一個(gè);設(shè)計(jì)用于向雙眼提供視線的單目鏡;或每個(gè)目鏡設(shè)計(jì)用于向不同的眼睛提供視線的多個(gè)目鏡。

　　充電線圈的線圈可以嵌入或以其他方式連接到AR/VR設(shè)備的框架(例如目鏡的擋板)中，或直接接到目鏡的透鏡。微軟指出，專利描述的目標(biāo)是在不損壞AR/VR設(shè)備內(nèi)脆弱光學(xué)元件的情況下實(shí)現(xiàn)高效的充電解決方案。

　　圖1示出了示例性光學(xué)電子設(shè)備100，其包括由具有無(wú)線充電能力的可充電電池106供電的光學(xué)組件102和控制電子組件104。光學(xué)組件102包括至少一個(gè)目鏡108，目鏡108包括透鏡或透鏡集合，并且在一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，其可以包括其他光學(xué)組件，例如投影光學(xué)、波導(dǎo)、微顯示器等。

　　圖1的光電設(shè)備100是一種頭戴式顯示器裝置，并具有一副眼鏡的纖細(xì)外形。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，光學(xué)組件102和控制電子組件104適于向用戶提供虛擬現(xiàn)實(shí)和/或增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)。在各種實(shí)施例中，光電設(shè)備100采用不同于圖1所示的各種形式，包括例如各種形狀和尺寸的護(hù)目鏡和頭顯等。

　　光電設(shè)備100包括嵌入在框架112內(nèi)的無(wú)線充電線圈110，其布置成形成環(huán)繞目鏡108的多條導(dǎo)線，如圖所示。在各種實(shí)施例中，由無(wú)線充電線圈110形成的線環(huán)路的數(shù)量可以在一個(gè)單環(huán)路和多個(gè)環(huán)路(例如幾十個(gè)環(huán)路)之間變化，以便提供滿足光電設(shè)備100的獨(dú)特充電規(guī)范的最佳充電特性。

　　在一個(gè)實(shí)施例中，無(wú)線充電線圈110嵌入框架112的擋板114內(nèi)，擋板114圍繞并支撐目鏡108。在另一實(shí)施例中，無(wú)線充電線圈110位于擋板114的外表面上，而不是嵌入其中。在其它實(shí)施方式中，無(wú)線充電線圈110直接接到目鏡108的邊緣部分(例如透鏡本身)。在一個(gè)實(shí)施例中，無(wú)線充電線圈110可以由透明導(dǎo)電材料制成，例如ITO，使得將無(wú)線線圈110連接到透鏡邊緣而不會(huì)阻礙通過(guò)透鏡的視線。

　　無(wú)線充電線圈110與充電電池106電耦合，充電電池106為控制電子設(shè)備104供電。在不同的實(shí)施例中，可充電電池106可以采用各種不同的形狀參數(shù)中的任何一種，包括多電池組和單電池組等。

　　無(wú)線充電線圈110適于由無(wú)線充電源感應(yīng)充電，有時(shí)稱為充電座或充電墊(圖未顯示)，所述充電源包括另一個(gè)具有來(lái)自電源的交流電流的類似線圈。當(dāng)交流電流流過(guò)無(wú)線充電源時(shí)，會(huì)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。當(dāng)無(wú)線充電線圈110定位為接收來(lái)自所產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)的磁通量時(shí)，無(wú)線充電線圈110內(nèi)產(chǎn)生電流。一般而言，感應(yīng)充電的速度與無(wú)線充電線圈110形成的環(huán)路的大小以及環(huán)路的數(shù)量成比例地增加。當(dāng)無(wú)線充電線圈110的線圈在目鏡108周圍形成時(shí)，根據(jù)電池的確切規(guī)格，無(wú)線充電線圈110的圈數(shù)、目鏡108和擋板114的尺寸，確保線圈尺寸足夠大以便于在合理的時(shí)間段內(nèi)(例如30分鐘到數(shù)小時(shí))對(duì)電池進(jìn)行完全充電。

　　值得注意的是，在到達(dá)可充電電池106之前，充電源在無(wú)線充電線圈110中感應(yīng)的電流可以引導(dǎo)通過(guò)中間電路，例如變壓器或其他IC芯片。例如，中間電路可調(diào)整充電電流，以確保在給定特定電池參數(shù)(例如溫度、電流充電水平、容量)的情況下對(duì)電池進(jìn)行安全充電，而不是過(guò)度充電。其中一些參數(shù)可能會(huì)隨時(shí)間變化，并在電池壽命和充電周期內(nèi)的不同階段發(fā)生變化。

　　在不同的實(shí)施方式中，無(wú)線充電線圈110和輔助中間電路可適用于確保具有給定標(biāo)準(zhǔn)的充電能力。

　　圖2示出了示例頭顯設(shè)備200，其包括兩個(gè)無(wú)線充電線圈202和204，每個(gè)線圈包括一個(gè)或多個(gè)環(huán)繞兩個(gè)目鏡206和208中不同一個(gè)的環(huán)路。當(dāng)無(wú)線充電線圈202和204定位成其各自的環(huán)路從充電座(未示出)接收變化的磁通量時(shí)，在無(wú)線充電線圈202和204中的每一個(gè)中感應(yīng)電流，流動(dòng)兩股電流以對(duì)可充電電池210充電。

　　在設(shè)備操作期間，可充電電池210提供電源以支持設(shè)備電子組件212，例如，電子組件212可包括存儲(chǔ)器和處理電子組件，其適于控制投影光學(xué)組件216以提供AR/VR投影和效果、音頻和/或視頻電子設(shè)備和傳感器，例如照相頭，深度和熱量映射電子組件、接近傳感器、麥克風(fēng)、揚(yáng)聲器等。例如，投影光學(xué)216可包括投影源和一個(gè)或多個(gè)波導(dǎo)和/或耦合元件，其用于將投影源創(chuàng)建的數(shù)字圖像投影到用戶視場(chǎng)內(nèi)的平面上。

　　通過(guò)納入兩個(gè)無(wú)線充電線圈202和204，而不是一個(gè)，這可以有效地使可充電電池210完全充電速度加倍。根據(jù)目標(biāo)設(shè)備規(guī)范，兩個(gè)單獨(dú)的無(wú)線充電線圈202和204中的每一個(gè)可以包括相同或不同數(shù)量的環(huán)路。在一種實(shí)施方式中，兩個(gè)無(wú)線充電線圈202和204彼此電隔離，但每個(gè)線圈耦合到同一電池或電池組。在另一實(shí)施方式中，頭顯設(shè)備200包括兩個(gè)單獨(dú)的可充電電池組，并且兩個(gè)無(wú)線充電線圈202和204各自向兩個(gè)可充電電池組中的不同一個(gè)供電。例如，可以在頭顯框架214的相對(duì)側(cè)上包括單獨(dú)的電池背，使得當(dāng)佩戴頭顯設(shè)備200時(shí)，電池靠在用戶臉部或太陽(yáng)穴的每側(cè)附近。

　　圖3示出了充電盒302內(nèi)的示例頭顯設(shè)備300，其可用作無(wú)線充電源，以無(wú)線地為頭顯設(shè)備300內(nèi)包括的一個(gè)或多個(gè)電池(例如電池310)充電。充電盒302可以采用各種形狀和尺寸，但包括至少一個(gè)側(cè)板304，其包括至少一個(gè)用作HMD設(shè)備300的充電源的無(wú)線充電線圈。在不同的實(shí)施方式中，充電箱302可包括一個(gè)或多個(gè)無(wú)線充電線圈。通過(guò)示例且不受限制，示出側(cè)面板304嵌入兩個(gè)單獨(dú)的充電線圈306、308，每個(gè)線圈大致位于HMD裝置300的相應(yīng)目鏡附近�？梢约僭O(shè)HMD設(shè)備300還包括兩個(gè)無(wú)線充電線圈，其位置與上面關(guān)于圖2所描述的相同或相似。

　　如圖所示，當(dāng)頭顯設(shè)備300位于無(wú)線充電盒302內(nèi)時(shí)，頭顯設(shè)備300中的每個(gè)充電線圈都位于充電線圈306和308中相應(yīng)一個(gè)的附近，使得由每對(duì)對(duì)齊充電線圈定義的環(huán)路所包圍的區(qū)域之間存在至少一定的重疊。

　　充電發(fā)生的速度取決于上述重疊線圈區(qū)域的大小以及每個(gè)線圈內(nèi)的線圈數(shù)量。所述參數(shù)可以單獨(dú)定制，以確保在不同的實(shí)現(xiàn)中符合不同的充電規(guī)范。

　　無(wú)線充電線圈306和308中的每一個(gè)適于從電源314接收電力，電源314可以是充電箱302中的電池或充電箱302的充電端口，充電箱302的充電端口可以選擇性地耦合到交流插座或其他外部電源。當(dāng)充電盒302處于充電模式時(shí)，交流電流流過(guò)兩個(gè)無(wú)線充電線圈306和308中的每一個(gè)。交流電流產(chǎn)生一個(gè)快速變化的磁場(chǎng)，磁場(chǎng)通過(guò)頭顯設(shè)備內(nèi)的兩個(gè)無(wú)線充電線圈定義的每個(gè)環(huán)路，從而在頭顯設(shè)備300的每個(gè)充電線圈內(nèi)誘導(dǎo)電流，使電流流向頭顯設(shè)備300內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)可充電電池。

　　在充電箱302中包含兩個(gè)充電線圈而不是一個(gè)線圈(例如，如圖4所示)有助于在充電箱302中的每個(gè)線圈與頭顯設(shè)備300中的相應(yīng)線圈之間實(shí)現(xiàn)更緊密的尺寸和方向匹配。這種尺寸和方向的匹配提高了耦合效率。在一個(gè)實(shí)施例中，兩個(gè)線圈306、308彼此電隔離以防止交叉干擾。在另一實(shí)施方式中，兩個(gè)線圈306、308以不同的頻率操作以防止干擾。

　　通過(guò)將充電線圈包括在充電箱302的側(cè)板304中，可以在橫向位置(如圖所示)對(duì)頭顯設(shè)備300充電。因此，在頭顯設(shè)備300的目鏡與其他表面之間沒(méi)有任何物理接觸的情況下，可以發(fā)生充電，從而降低對(duì)易碎光學(xué)組件的損壞風(fēng)險(xiǎn)。

　　下面是專利描述的一系列實(shí)施例：

　　名為“Wireless charging for optical device”的微軟專利申請(qǐng)最初在2020年5月提交，并在日前由美國(guó)專利商標(biāo)局公布。